JP2006237543A - ワンチップ高電圧光電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】赤外光領域に感度を有する小型で高電圧な光電池を提供する。
【解決手段】シリコンウエハとプリント基板を重ね合わせ、シリコンウエハに形成したフォトダイオード素子の各電極パッドと銅配線を設けたプリント基板の配線パッドをハンダにより接合する。その後、シリコンウエハのみを切断しフォトダイオードを電気的に分離する。さらに必要な電圧を発生するブロック毎にプリント基板を切断する。
【選択図】図１

Description

発明の詳細な説明
発明に属する技術分野
本発明は、太陽電池等の光電池で、ワンチップに集積された赤外線域で高感度な光電池素子に関するものである。
光電池は使用する材料により最小単位電圧以上の電圧を取り出す為には、単位発電素子を直列に複数個接続しなければならない。複数個の発電素子を直列に接続し集積化したアモルファスシリコン薄膜の太陽電池が現在多数使用されているが、欠点は照射光が可視光の範囲でしか感度がなく、赤外線領域では発電出来ない。
赤外線領域での高電圧光電池を必要とする場合は、シリコン結晶から成る単位発電素子単体を一個一個を複数個直列に接続して高電圧光電池を構成していた（例えば、ボンデング）。原因は、赤外線域での素子の集積化が困難であった為である。
 発明が解決しようとしている課題
光通信分野で、目に見えない赤外線の波長域で大きな光エネルギーを伝送する事が必要な場合、その赤外線エネルギーを有効に受光し発電する高電圧光電池が必要になる。特に、光通信分野では大きなエネルギーとしても数ｍＷ〜数１０ｍＷの領域で、シリコンチップサイズも数ｍ角前後のチップをワイヤーボンドで接続しているのが現状、この狭い領域でのワイヤーボンド用の電極パッド面積は無駄な面積を占めている。この無駄な面積を少なくして、入射光の利用率を大幅に向上させる事と、ワイヤーボンド工程を省略させる事が本題の課題である。
課題を解決するための手段
本発明のワンチップ高電圧光電池は、シリコンウエハーにスルーホールを通じてｐ電極、ｎ電極を同一面に構成する。
プリント基板の銅配線はスルーホールを通じてウエハーとの接合面の反対側に配線している為に、プリント基板に少量の切り込みが入っても良い。
単位発電素子間の分離はスライス溝により物理的に完全に分離する。
ウエハー上に集積された素子群は、単位素子群毎にプリント基板と同時に切断する。
▲１▼シリコン基板に大き目に開けられた複数個の▲１０▼位置決め用スルーホール孔を通して既に予備ハンダコートされたプリント基板上の▲１１▼位置決めパターンを観測、シリコン基板とプリント基板の相対位置を決定する。３個所での位置決めが適当と思われる。位置決めが決り、ハンダ付け接合が終了した▲１▼シリコン基板と▲６▼プリント基板の貼り合せ基板は、Ｘ線検査で単位素子内のハンダ接続状況を検査する。シリコン基板の▲２▼Ｐ拡散層の▲４▼−２シリコンｐ層電極を▲４▼−１シリコンｎ層電極に▲３▼スルーホール孔（位置合せ用より小さい）が開けられているが、ハンダ付けが実施されると、この▲４▼−２シリコンｐ層電極に対応する▲６▼プリント基板上の▲４▼−２シリコンｐ層電極にハンダが▲３▼シリコン基板スルーホール孔に吸い上げられて孔の部分だけハンダ層が無くなるか、薄くなるのでＸ線検査するとハンダの黒い像の中に白い円形像が観測され、ハンダが溶けた事と、位置ずれ検査ができる。この検査で両基板のハンダでの貼り合せが正しく行われたことが確認できる。次にダイシングソーにより▲８▼単位素子分離の切断を行う。ダイシングソーのカットの高さ位置をシリコン基板は完全に切断するがプリント基板を切断しない程度の高さに調整してカットすることで、▲８▼単位素子分離カットが終了する。例えカットが終了しても単位素子は▲６▼プリント基板にハンダで固定されている為に分離しない。この状態の次に、▲９▼単位素子群の分離切断に入る。単位素子群は必要電圧により予め決められた複数個の単位素子集団に纏められている。▲９▼単位素子群毎に▲１▼シリコン基板と▲６▼プリント基板とを同時に切断する。ここで切断されたブロック即ち、▲９▼単位素子群が、必要電圧の光電池単体となる。
 発明の効果
赤外受光素子の電気的素子分離が完全である。
素子間の電気的分離に要する無駄なスペースが最小限に抑えられた（従来の様に光学的に無駄な面積であるワイヤーボンドパッドが不用になった）。
シリコンウエハー基板とプリント基板を直接貼り合せ処理することでワイヤーボンド工程をはじめハンダ付け検査の方法も簡易化され大幅な組み立て工数の削減が実現した。
赤外線電池に限らず、シリコンウエハーとプリント基板の貼り合せが必要なときは、本件の工程、特に両者の位置決め法、ハンダ付け検査法などは多方面での応用が可能である。
断面拡大図 全体図 単位素子群領域の拡大・上面図 シリコン基板とプリント基板の貼り合わせ図 シリコン基板 プリント基板 シリコン基板とプリント基板の位置合わせ
符号の説明
▲１▼シリコン（ｎ型）基板
▲２▼ｐ型拡散層
▲３▼シリコン基板スルーホール孔
▲４▼−１シリコンｎ層電極
▲４▼−２シリコンｐ層電極
▲５▼プリント基板スルーホールハンダ
▲６▼プリント基板
▲７▼プリント基板上の銅配線（ジャンピング配線、引き出し電極等）
▲８▼シリコン基板分離溝
▲９▼シリコン基板及びプリント基板分離溝
▲１０▼シリコン基板内の位置決め用スルーホール孔
▲１１▼プリント基板上の位置決め用パターン
▲１２▼単位素子領域
▲１３▼単位素子群領域

Claims (4)

  1. 複数個のフォトダイオード素子を搭載して光電池集合体を形成したシリコンウエハーと、受光して必要な電圧を発生する様に直列接続配線処理を施したプリント基板を直接ハンダ付け接合処理するワンチップ高電圧光電池。
  2. プリント基板とハンダ付け処理したシリコンウエハーをフォトダイオード素子毎に切断し、次に必要な電圧を発生するブロック毎に切断することで構成するワンチップ高電圧光電池。
  3. シリコンウエハー側の適切な位置に複数個のスルーホール孔を開け、それらの孔位置に対向する位置のプリント基板に位置出し用パッドを設けて、それらを用いて両者の位置出しを行うワンチップ高電圧光電池。
  4. シリコンウエハー側の適切な位置に複数個のハンダを付け、それらのハンダ付け位置に対向するプリント基板に位置出し用ハンダを設けてＸ線透過することでシリコンウエハーとプリント基板の位置出しを行うワンチップ高電圧光電池。
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